Tabela 3 - Taxa de infiltração em diferentes tipos de revestimentos permeáveis
(conclusão) Referência Tipo de Revestimento Aplicação Condição do pavimento
Taxa de Infiltração
(m/s) Martins (2014) Bloco c/ juntas alargadas (trama) Calçada Antigo (sem manutenção) 6,79 x 10-6 Pellizari (2013) Camada porosa de atrito (CPA) Estacionamento Antigo (sem manutenção) 1,69 x 10-5 Pellizari (2013) Camada porosa de atrito (CPA) Estacionamento Antigo (sem manutenção) 5,25 x 10-5 Santos et al. (2015) Bloco c/ juntas alargadas (espinha) Calçada Antigo (sem manutenção) 1,99 x 10-6
Fonte: ONO et al. (2017)
1.2 Objetivo geral
Avaliar a capacidade de infiltração de pavimentos de concreto tipo blocos intertravados por meio da NBR 16416:2015 (Pavimentos permeáveis de concreto) e da metodologia do infiltrômetro de anel único.
1.3 Objetivo específico
São objetivos específicos:
a) Realizar a modelagem matemática do processo de infiltração em pavimentos intertravados;
b) Analisar o volume de precipitação amortecido por pavimentos intertravados;
c) Determinar o coeficiente de infiltração dos pavimentos conforme NBR 16416:2015.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Drenagem urbana
A bacia hidrográfica é delimitada por toda a superfície de drenagem para qual a água precipitada se direcionada através de um sistema de escoamento, podendo ser composto por raviamento, canais naturais e/ou condutos e canais construídos, a um único ponto exutório (SILVEIRA, 2002; TUCCI, 2012). Onde, a “entrada é o volume d’agua precipitado e a saída é o volume de água escoado no exutório.” (SILVEIRA, 2002).
Do volume de saída existe dois principais escoamentos, o escoamento superficial e o escoamento subterrâneo, sendo o escoamento superficial o principal a ser considerado nos elementos de drenagem urbana por conta da sua alta capacidade de causar inundações (SILVEIRA, 2002).
A implantação de sistemas viários, com pavimentações e pontes, para acompanhar o desenvolvimento urbano fez com que surgisse a necessidade de promover o saneamento de áreas ribeirinhas com a retificações de canais, dado que as cidades se desenvolverem próxima a cursos d’água, e a expansão urbana causaram ocupações de calhas secundárias do escoamento pluvial (RIGHETTO, 2009).
Segundo Righetto (2009), o aumento de inundações e alagamento urbanos ocorrem principalmente em relação ao elevado grau de impermeabilizações das áreas de drenagens naturais, devido a expansão do território urbano sem um controle do uso e ocupação do solo.
Para solucionar os problemas de drenagem causado pelas impermeabilizações Christofidis et al. (2019) comenta que no Brasil adotou-se a drenagem urbana tradicional com características higienistas, preconizando a coleta e a transferência imediata das precipitações a jusante, tal medida reduziu o tempo de chegada das precipitações nos pontos exutório e favoreceu a chega de maiores quantidade de águas pluviais ao mesmo tempo. Promovendo inundações mais frequentes e mais pontos de alagamentos ou inundações.
Além do aumento das inundações, Tucci (2002) apresenta outros impactos ambientais em decorrência da urbanização, como, (i) o aumento da temperatura, (ii) aumento de sedimentos e matérias sólidos, (iii) alteração da qualidade da água pluvial e (iv) contaminação de aquíferos.
15 Para Silveira (2002), o reequilíbrio do ciclo hidrológico urbano deve ser sustentável, considerando de forma quantitativa os volumes de escoamento superficial, infiltração no solo e a evapotranspiração próximos ao período de pré-urbanização e qualitativa controlando poluente e contaminantes que possam infiltrar nos aquíferos, além dos sólidos que ser carreados com o escoamento superficial.
Uma alternativa para que o crescimento urbano ocorra de forma a mitigar os impactos na bacia hidrográfica é por meio da integração dos planejamentos urbanos e uso do solo, dos resíduos domiciliares e de drenagem urbana (TUCCI; CRUZ, 2008).
Para Christofidis et al. (2019) o sistema de drenagem urbano tradicional promove a privatização de benefícios e a socialização dos custos, pois os empreendimentos imobiliários se responsabilizam apenas pela execução das estruturas locais e o poder público tem que arcar com ampliação das redes de drenagens devido aos sucessivos aumentos de vazões, além de frequentes e onerosas manutenções das medidas de comando e controle.
Em 16 de setembro de 2016 em entrou em vigor a Lei nº 2.233 que dispõe sobre o zoneamento do uso e da ocupação do solo urbano no Município de Toledo, onde a alínea n do Inciso IV no Art. 5º descreve a taxa de permeabilidade como o
“percentual do lote que deverá permanecer permeável;” onde para os zoneamentos apresentados na lei varia de 10% a 35% (TOLEDO, 2016).
Em agosto de 2017 a Prefeitura Municipal de Toledo adotou o Manual de Drenagem Urbana disponibilizado pelo IAT, com a finalidade de direcionar as tomadas de decisões sobre a drenagem afim de mitigar as inundações no município.
Para SUDERHSA (2002), as medidas de controle do escoamento com a finalidade de não permitir o aumento da vazão máxima e degradações ambientais são classificadas em três níveis, de controle na fonte, de microdrenagem e de macrodrenagem, e divididas em duas classes, de infiltração e de armazenamento.
Sendo a infiltração com controle na fonte, a única medida de controle que é capaz de reduzir o escoamento superficial das áreas impermeáveis.
2.2 Sistemas sustentáveis de drenagem urbana
Para minimizar os impactos das impermeabilizações urbanas e alinhar o desenvolvimento urbano com ideais ambientais, sugiram métodos como o sustainable drainage systems (SuDS) na Europa e o low impact development (LID) na América do
16 Norte.
Segundo Woods-Ballard et al. (2015), o SuDS visa a integração de um conjunto de sistemas de controle na fonte para reduzir os escoamentos superficiais, minimizando os impactos do desenvolvimento urbano e promovendo melhorias ambientais de formas quantitativas e qualitativas dos escoamentos.
Conforme apresentado por Prince George’s County (1999), o objetivo do LID consiste em promover o desenvolvimento utilizando técnicas que proporcione uma redução do escoamento que assegure o ciclo hidrológico, através de locais que permitam armazenamento, infiltração, evaporação e o baixo índice de escoamento superficiais.
Para Woods-Ballard et al. (2015), o conjunto de técnicas de infiltração, detenção, transporte e captação devem obedecer uma sequência de pilares hierárquicos como:
• A prevenção do acúmulo de poluições com medidas de manutenções;
• O controle do escoamento na fonte ou muito perto dela com medidas que proporcionem infiltração;
• O controle local com a gestão local das águas de área impermeabilizadas; e
• O controle regional com a gestão do escoamento superficial em tanques de equilíbrio ou zonas úmidas.
A figura 1, demonstra as possibilidades de aplicações desses conjuntos hierárquicos associados.
Figura 1 - Conjunto de Sistemas de Controle
Fonte: AUTOR adaptado de WOODS-BALLARD et al. (2015)
Controle Regional
17 Ambos os métodos apresentam técnicas de controle na fonte semelhantes, como, reservatórios de detenção, trincheiras de infiltração, faixas gramadas e superfícies permeáveis com o intuito de promover a redução do escoamento superficial e mitigar os impactos nos ciclos hidrológicos locais permitindo a infiltração no local ou próximo (PRINCE GEORGE'S COUNTY, 1999 e WOODS-BALLARD et al., 2015).
Contudo, Agostinho e Poleto (2012) demonstram que a aplicação do sistema apresenta desvantagens, como, necessidade de manutenção frequentes, o alto custo para implantar adaptações em sistemas já existentes e o risco de
colmatações do sistema por uma alta carga de sedimentos. Sendo que as
colmatações podem ocasionar prejuízos ao desempenho do sistema, não permitindo que as precipitações infiltrem conforme esperado, tornando-o ineficaz com o passar do tempo.
No estudo realizado por JABUR et al. (2015), ainda que os pavimentos ensaiados apresentavam capacidades característica de pavimentos permeáveis, foi possível observar perdas nas capacidades de infiltrações dos pavimentos estudados no decorrer do tempo, justificadas pela falta de manutenção.
Tendo este trabalho como objeto de estudo avaliar o desempenho da técnica de controle na fonte por meio de pavimento intertravados verificando de capacidade de pavimentos já instalado no município de Toledo-PR.
2.3 Pavimentos permeáveis
Os pavimentos permeáveis surgem como uma solução para minimizar os impactos da impermeabilização urbana permitindo uma maior capacidade de infiltração das águas pluviais (PARRA; TEIXEIRA, 2015).
Para o Woods-Ballard et al. (2015) os pavimentos permeáveis devem permitir simultaneamente o tráfego urbano, de pedestre e/ou veículos, e a infiltração das precipitações armazenando-as temporariamente, antes da percolação no solo, reutilização ou descarga em outro sistema de drenagem.
A NBR 16.416 (ABNT, 2015) defini pavimentos como, estrutura construída para distribuir os esforços verticais dos veículos para o subleito, proporcionar comodidade e segurança nas condições de rolamento e resistir a esforços horizontais prolongando a vida útil da superfície de rolamento. Assim como, os pavimentos permeáveis aqueles com estrutura capaz de exercer a função de pavimentos e permitir
18 a infiltração e/ou acúmulo temporário de água sem prejuízos estruturais.
Os pavimentos permeáveis são classificados em três tipos, segundo (URBONAS e STAHRE, 1993 apud AGOSTINHO e POLETO, 2012):
• Pavimentos poroso de asfalto;
• Pavimentos poroso de concreto;
• Pavimentos de bloco de concretos.
Os pavimentos porosos são aqueles em que toda superfície de rolamento permite a infiltração de águas, independente do material, e os pavimentos de blocos de concreto são aqueles possibilitam a infiltração superficial através das juntas ou vazios entre os blocos (WOODS-BALLARD et la, 2007).
Dos pavimentos permeáveis de concreto a NBR 16.416 (ABNT, 2015) classifica três tipos de pavimento, os pavimentos intertravados composto por blocos, pavimentos de placas e pavimento de concreto permeável.
A classificação do sistema de infiltração de pavimentos permeáveis é determinada pela capacidade de permitir ou não a infiltração da água no solo. A ABNT (2015) e Woods-Ballard et al. (2015), dividem essa classificação em três tipos:
• Infiltração total, em que toda a precipitação atinge o subleito e se infiltra no solo.
• Infiltração parcial, em que parte da precipitação atinge o subleito e se infiltra e parte é escoada por meio de drenos existente para auxiliar o subleito, não permitindo o acúmulo de água no pavimento.
• Sem infiltração, onde o subleito é impermeabilizado e toda a precipitação é drenada por meio de tubos drenante.
Para a NBR 16.416 (ABNT, 2015) a determinação do tipo infiltração a ser considerado no projeto é baseado no dimensionamento hidráulico, tendo no quadro 4 algumas indicações:
Quadro 1 - Tipo de infiltração do pavimento em função das condições locais
Fonte: ABNT (2015)
No estudo conduzido por Bruno et al. (2013), verificou-se que pavimentos de bloco de concreto maciços apresentou coeficiente de escoamento de 0,21 e 0,55 para simulações de precipitações de 79 mm/h e 121 mm/h respectivamente, assim como
Infiltração definida pelo coeficiente de
permeabilidade k (m/s) Condições locais
19 em pavimentos de blocos vazados que apresentou coeficiente de escoamento de 0,01 e 0,23 para as mesmas precipitações.
2.4 Pavimentos intertravados de concreto
O pavimento intertravado é considerado um pavimento flexível com a camada de revestimento composta de blocos de concreto intertravadas, capaz de resistir ao deslocamento individualmente por meio de contenção, com juntas preenchidas por material granular ou vegetação (SILVA, 2011).
Segundo a NBR 15.953 (ABNT, 2011), os sistemas de contenções devem proporcionar o intertravamento do pavimento de forma a inibir o deslocamento individual dos blocos na vertical, horizontal de rotação ou giração.
O rejuntamento da camada de pavimento deve ser preenchido com materiais granulares e ter espessura de 2 mm a 5 mm entre as peças de concreto (ABNT, 2011).
Os blocos de concreto são fornecidos por diversos fornecedores e podem ser produzidos de diversos formatos e colorações, os formatos mais comuns podem ser vistos na figura 2.
Figura 2 - Blocos de Concreto para Pavimentos Intertravados
Fonte: Adaptado https://oterprem.com.br/pisos-intertravados/, 2021
Assim como os formatos, os arranjos de assentamento são diversos para pavimentos intertravados, conforme figura 3. Para o boletim técnico 4 do ICPI (2020), o arranjo da espinha de peixe gera um intertravamento mais efetivo.
Placa Retangular ½ Peça Retangular
Sextavado Raquete 16 Faces
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Figura 3 - Tipos de Arranjos de Assentamento
Fonte: Adaptado ABCP, 2011
Em 2015 a ABNT publicou a NBR 16.416, determinando que os pavimentos intertravados permeáveis são aqueles que possuem coeficiente de permeabilidade maior que 10-3 m/s, espessura mínima conforme quadro 1 e são classificados em 3 tipos:
• Blocos com juntas alargadas, permite a ocorrência da infiltração através das juntas;
• Blocos com áreas vazadas, permite que a infiltração ocorra nas áreas vazadas, possuindo vegetação rasteira ou não; e
• Blocos permeáveis, cuja porosidade permite que a infiltração ocorra pela peça de concreto.
Onde, em pavimentos com blocos de área vazada ou juntas larga a área de percolação deve corresponder ao intervalo de 7% a 15% da área total.
Quadro 2 - Espessura mínima de revestimentos permeável Tipo de
revestimento Tipo de solicitação
Espessura
Tráfego de pedestre 60 Tráfego leve 80 Peça de concreto
permeável
Tráfego de pedestre 60 Tráfego leve 80 Placa de concreto Tráfego de pedestre 60 Tráfego leve 80 Concreto permeável
moldado no local
Tráfego de pedestre 60 Tráfego leve 100 Fonte: Adaptado ABNT (2015)
Tipo espinha de peixe a 45º Tipo espinha de peixe
Tipo fileira Tipo Trama
21 Na pesquisa realizada por Bruno et al. (2013), em uma instalação experimental em Cuiabá/MT dentro do campus da Universidade Federal do Mato Grosso com solo classificado como argiloso, realizado através de 3 ensaios de simulação de precipitações, com intensidade de 79 mm/h e 121 mm/h, em 5 módulos experimentais de 0,70 m² com superfícies, como, blocos de concreto vazados, blocos de concreto maciços, concreto convencional, solo exposto e solo grama. Foi avaliado a capacidade de infiltração de cada módulo para cada intensidade pluviométrica, conforme pode ser visto na tabela 4:
Tabela 4 - Taxa de infiltração médias encontradas por Bruno et al. (2013) Tipo de superfície
Fonte: BRUNO et al. (2013)
Já Maus et al. (2014) em seu experimento desenvolvido em Santa Maria - RS determinou a capacidade de infiltração em módulos de 3 m² e inclinação de 7% com superfícies de paralelepípedos, asfalto, gramado e pavimento permeável. Com uma precipitação acumulada de 236,62 mm em cada pavimento, obteve os seguintes resultados, tabela 5:
Tabela 5 - Volume escoado e infiltrado encontrados por Maus et al. (2007) Pavimento Escoamento
superficial (mm)
Infiltração (mm)
Asfalto 168,00 68,62
Paralelepípedo 51,34 185,28
Gramado 5,00 231,62
Pavimento permeável 0,00 236,62
Fonte: MAUS et al. (2014)
Conforme apresentados nos estudos, pavimentos intertravados sendo permeáveis, blocos de concretos vazados, paralelepípedos ou blocos de concreto maciços em módulos experimentais apresentam capacidade de permitir a infiltração da precipitação no solo. Ainda que em alguns casos menor que condições não pavimentadas, consegue minimizar o escoamento superficial consideravelmente quando comparados com asfalto e concreto convencional.
22
3 PROCEDIMENTOS METODOLOGICOS
Para avaliar a capacidade de infiltração dos pavimentos intertravados da cidade de Toledo/PR serão realizados ensaio em locais e utilizados a metodologia da NBR 16.416:2015 e do infiltrômetro de anel único, conforme técnicas e materiais apresentados neste capítulo.
3.1 Região de estudo
O município de Toledo é localizado na região oeste do Paraná e faz parte da Bacia Hidrográfica do Paraná 3, bacia que é parte direta da área de drenagem do rio Paraná. Tendo uma rede hidrográfica significativa e declividade urbana de até 30°, que favorecem o escoamento das águas pluviais (TOLEDO, 2011).
Segundo dados do IBGE, tem população estimada para 2020 de 142.645 pessoas e em 2010 possuía uma densidade demográfica de 99,68 hab./km², onde 40,8 % dos domicílios urbanos contam com bueiros, calçadas, pavimentação e meio-fio.
De acordo com levantamento feito por De Almeida e Pereira (2019), o solo característico do município é um solo argiloso com grandes quantidades de finos, elevada porosidade e coloração avermelhada.
As amostras foram obtidas em 6 pontos de passeios de 3 vias estruturantes do município que estão denominados e localizados conforme tabela 6:
Tabela 6 – Localização pontos amostrais
ID Lat. Long. Alt Logradouro
E1 -24,450232 -53,432872 539,73 Rua 1º de Maio E2 -24,425528 -53,454796 565,09 Rua Laurindo Moterle E3 -24,425428 -53,460573 564,43 Rua Laurindo Moterle E4 -24,432308 -53,455668 579,05 Avenida União E5 -24,434069 -53,455379 583,79 Avenida União E6 -24,443782 -53,432788 531,26 Rua 1º de Maio
Fonte: Autoria própria (2021)
Conforme figura 4, pode-se observar que a Rua 1º de Maio está localiza na região sudeste do município, atravessando o bairro dos pioneiros no sentido Norte-Sul, já os demais estão localizados na região oeste do município, sendo a Avenida União ligando a Vila Becker com bairro Coopagro no sentido Norte-Sul e a Rua Laurindo Moterle atravessando o bairro Coopagro no sentido Leste-Oeste.
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Figura 4 - Imagem aérea com localização dos pontos amostrais
Fonte: Autoria própria (2021)
Os pontos E1 e E6, localizados conforme tabela 6, são dois pontos em que a via foi revitalizada no ano de 2007 sendo realizada a padronização dos passeios com calçamento em pavimentos intertravados permeáveis padrão do município conforme legislação municipal. O E1, se trata de um pavimento em praça pública estimando receber manutenções, como, varrições de maneira mais frequentes, já o E6 está localizado na lateral de um colégio municipal e próximo a um centro cultural, estimando um tráfego moderado e baixa manutenção.
Os pontos E2 e E3, localizados conforme tabela 6, são dois pontos em que a via foi reurbanizada de 2016 a 2019, conforme pedra fundamental da obra, estimando segundo notícia do portal do município que os passeios foram executados por volta de 2018. Ambos os pontos os pavimentos intertravados foram assentados tipo trama e possuem condições parecidas de manutenção.
Os pontos E4 e E5, localizados conforme tabela 6, são dois pontos em que a via foi urbanizada de 2014 a 2015, estimando a execução dos passeios no primeiro semestre de 2015 segundo notícias do município. Os passeios possuem pavimentos intertravados assentado predominantemente no tipo trama e faixa de grama entre o pavimento intertravado e a guia, conjunto de ações que visam diminuir o escoamento superficial que vão para sistema de drenagem.
24
3.2 Ensaio de infiltração utilizando anel único
Este trabalho será realizado com infiltrômetro de anel único, realizando uma adaptação do método dos anéis concêntricos apresentados por JABUR et al. (2015), utilizando massa de calafetar para realizar a vedação nos pavimentos.
Como apresentado por Bean et al. (2004) apud Bazzo e Horn (2017), o método do anel único se demostra uma alternativa que minimiza o tempo exigido, tem uma execução facilitada e uma relação custo-benefício como vantagens e é um método valido para estimar taxa de infiltração superficial rápida e alta.
Para a instalação do anel serão adotados procedimento de limpeza, como, varrição e retirar de detritos, no local e fixação nas superfícies dos pavimentos com massa de calafetar para evitar possíveis vazamento, conforme fotografia 1.
Fotografia 1 - Infiltrômetro de cilindro único usado para o teste de infiltração
Fonte: Autoria própria (2021)
A realização da leitura da carga hidráulica será por meio de régua milimétrica.
Seguindo o procedimento de Jabur et al. (2015) a contagem do tempo para a infiltração da água se inicia no momento que é realizada a primeira leitura do nível da água no cilindro e é acrescido água quando o nível de água do anel se aproximavam de 100 mm de carga hidráulica.
25 No ensaio a carga hidráulica será mensurada pelas medidas no interior do cilindro interno com intervalo de 5 min. O ponto de parada do ensaio é determinado pela estabilização da carga hidráulica em três leituras consecutivas, onde é considerado que o solo alcançou a taxa de infiltração estável.
3.2.1 Modelagem matemática do processo de infiltração
Para ajustar os valores de infiltração e obter o coeficiente de permeabilidade, será utilizado o Modelo de Horton, Equação (1), conforme apresentado na calibração realizada por Bazzo; Horn (2017):
𝑓 = 𝑓𝑐 + (𝑓𝑜 − 𝑓𝑐) ∗ 𝑒−𝛽∗𝑡 (1)
Sendo: f é o coeficiente de permeabilidade (mm/h); fc é a capacidade de infiltração final (mm/h); fo é a capacidade de infiltração inicial (mm/h); 𝛽 é a constante que depende do experimento (1/h) e t é o tempo de infiltração (h).
A determinação dos parâmetros fc, fo e b será realizado por meio do método dos mínimos quadrados ordinários, utilizando os pares ordenados (f,t) obtidos experimentalmente.
3.3 Determinação do coeficiente de permeabilidade
O ensaio para determinação do coeficiente de permeabilidade dos pavimentos intertravados seguirá a NBR 16.416:2015 (Pavimentos permeáveis de concreto - Requisitos e procedimentos). A norma preconiza a utilização de um anel com 300 mm de diâmetro e altura mínima de 50 mm, com demarcações de carga hidráulica de 10 mm e 15 mm de altura e um volume de água pré-determinado.
Na preparação para execução, o local será limpo apenas com varrição retirando detritos que não estejam aderidos pelo pavimento e o anel de infiltração fixado na superfície com auxílio da massa de calafetar, não permitindo vazamentos.
O ensaio de determinação do coeficiente de permeabilidade deve ser iniciado em até 2 minutos após a pré-molhagem, que conforme a NBR 16.416, determina a quantidade de água que deve ser utilizada. Para o tempo de pré-molhagem menor que 30 s deve ser utilizado 18 ± 0,05 kg de água (18 Litros) e para um tempo superior a 30 s deve ser utilizado 3,60 ± 0,05 kg de água (3,6 Litros), sustentando a carga hidráulica de 10 mm a 15 mm.
Para determinar o coeficiente de permeabilidade do ensaio de anel simples
26 será utilizado a metodologia apresentada na NBR 16.416:2015, conforme apresentada na equação (2):
𝑘 =(𝑑𝐶∗𝑚2∗𝑡) (2)
Onde: k é o coeficiente de permeabilidade (mm/h); m é a massa de água infiltrada (kg); d é o diâmetro interno do cilindro de infiltração (300 mm); t é o tempo de percolação de todo a água (s); C é o fator de conversão de unidades do SI, igual à 4.586.666.000.
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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Modelo de Horton
Para a determinação do modelo de Horton foi utilizado os valores dos ensaios de infiltração de anel único, obtidos em campo, com auxílio de planilha de cálculos que permitiram os valores de taxa de infiltração e o parâmetro β da equação de Horton, que possibilitou a análise da capacidade de infiltração e discussões sobre a taxa de infiltração dos pavimentos estudados.
Com os dados dos ensaios ajustados foi possível construir a curva de taxa de
Com os dados dos ensaios ajustados foi possível construir a curva de taxa de